Xem mẫu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LÊ VĂN TẠO
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61
CHƯA TÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP XUNG TIA LỬA ĐIỆN TRONG
MÔI TRƯỜNG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CÓ CHỨA BỘT CACBÍT
VÔNPHRAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Hà Nội – 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LÊ VĂN TẠO
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61
CHƯA TÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP XUNG TIA LỬA ĐIỆN TRONG
MÔI TRƯỜNG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CÓ CHỨA BỘT CACBÍT
VÔNPHRAM
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số:
62520103
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS TRẦN XUÂN THÁI
2. PGS. TS NGUYỄN THỊ HỒNG MINH
Hà Nội - 2017
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .....................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ................................................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC BẢNG.....................................................................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ………………………………………………... . ……...ix
PHẦN MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................................... 1
2. Mục đích, đối tƣợng, phạm vi, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ......................................... 3
a. Mục đích của đề tài ...................................................................................................................... 3
b. Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................................................. 4
c. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................................................... 4
d. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................................... 5
e. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................................. 5
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................................................ 6
a. Ý nghĩa khoa học ......................................................................................................................... 6
b. Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................................................... 6
4. Các đóng góp mới của luận án ........................................................................................................ 7
5. Nội dung của luận án ....................................................................................................................... 7
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PH P GIA C NG TIA ỬA ĐIỆN ............................. 9
1.1. Lịch sử hình thành, sự phát triển của phƣơng pháp gia c ng tia ửa điện ................................. 9
1.1.1. Lịch sử hình thành ................................................................................................................. 9
1.1.2. Sự phát triển của phƣơng pháp gia c ng tia ửa điện ........................................................ 10
1.1.2.1. Xung định hình (Die Sinking EDM hay Ram-EDM) ................................. 10
1.1.2.2. Cắt dây bằng tia ửa điện (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM) ..................... 11
1.1.2.3. Gia c ng EDM rung điện cực với tần số siêu âm (Ultrasonic vibration) .. 12
1.1.2.4. Xung khô (Dry EDM)................................................................................. 12
1.2. Phƣơng pháp gia c ng tia ửa điện có trộn bột (PMEDM- Powder Mixed Electrical
Discharge Machining) ........................................................................................................................ 13
1.2.1. Nguyên lý, trang thiết bị phƣơng pháp PMEDM .............................................................. 13
1.2.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu phƣơng pháp EDM và PMEDM................................... 14
1.2.2.1. Khả năng bóc tách vật iệu (MRR) và độ mòn điện cực (TWR) của phƣơng
pháp PMEDM .......................................................................................................... 15
1.2.2.2. Khả năng cải thiện chất ƣợng bề mặt chi tiết của phƣơng pháp PMEDM 17
Kết luận chƣơng 1: ............................................................................................................................. 23
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN VÀ GIA CÔNG TIA LỬA
ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT ........................................................................................................................... 24
2.1. Cơ sở lý thuyết gia công tia lửa điện ......................................................................................... 24
2.1.1. Bản chất vật lý của quá trình phóng tia lửa điện ............................................................... 24
2.1.2. Cơ chế tách vật liệu ............................................................................................................. 28
2.1.3. Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện ........................................................................ 30
2.1.4. ƣợng hớt vật liệu ............................................................................................................... 31
2.1.5. Chất lƣợng bề mặt sau gia công ......................................................................................... 32
2.1.6. Sự mòn điện cực .................................................................................................................. 34
2.1.7. Chất điện môi ...................................................................................................................... 35
2.1.7.1. Nhiệm vụ cơ bản của chất điện m i ........................................................... 35
2.1.7.2. Các oại chất điện m i ................................................................................ 36
2.2. Cơ sở lý thuyết gia công tia lửa điện có trộn bột ...................................................................... 36
2.2.1. Vai trò của hạt bột trong quá trình phóng tia lửa điện ...................................................... 36
2.2.2. Sự cách điện của dung dịch điện môi ................................................................................. 38
2.2.3. Độ lớn khe hở phóng điện................................................................................................... 39
2.2.4. Độ rộng của kênh plasma................................................................................................... 39
2.2.5. Số ƣợng tia lửa điện ........................................................................................................... 40
2.2.6. Cơ sở lý thuyết sự xâm nhập của bột trộn trong dung môi vào bề mặt chi tiết trong quá
trình PMEDM ................................................................................................................................ 41
2.2.6.1. Khuếch tán .................................................................................................. 41
2.2.6.2. Sự iên kết của các phản ứng hóa học và sự hấp phụ bay hơi của quá trình
vật
........................................................................................................................ 44
2.2.6.3. ám dính cơ học ......................................................................................... 44
Kết luận chƣơng 2: ............................................................................................................................. 44
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NỒNG
ĐỘ BỘT CACBÍT VÔNPHRAM TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI TỚI ĐỘ NHÁM BỀ MẶT. 46
3.1. Mục đích ...................................................................................................................................... 46
3.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 46
3.3. Điều kiện thực nghiệm khảo sát ................................................................................................. 47
3.3.1. Hệ thống thí nghiệm ............................................................................................................ 47
3.3.2. Thiết bị đo, kiểm tra ............................................................................................................ 52
3.4. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt Ra .................................. 54
3.4.1. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới độ
nhám bề mặt ................................................................................................................................... 57
3.4.1.1. So sánh độ nhám bề mặt giữa phƣơng pháp PMEDM và EDM................ 60
3.4.1.2. Nghiên cứu thực nghiệm tại các chế độ có độ nhám bề mặt thay đổi nhiều
nhất .......................................................................................................................... 61
3.4.1.3. Nghiên cứu thực nghiệm tại các chế độ có độ nhám bề mặt thay đổi ít nhất
................................................................................................................................. 62
3.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng điện Ip và nồng độ bột tới độ nhám
bề mặt ............................................................................................................................................. 62
3.5. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt Ra ............................. 65
Kết luận chƣơng 3: ............................................................................................................................. 69
CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NỒNG
ĐỘ BỘT CACBÍT VÔNPHRAM TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI TỚI SỰ XÂM NHẬP CỦA
V NPHRAM VÀ ĐỘ CỨNG TẾ VI BỀ MẶT CHI TIẾT ................................................................ 71
4.1. Mục đích ...................................................................................................................................... 71
4.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 71
4.3. Điều kiện thực nghiệm khảo sát ................................................................................................. 72
4.3.1. Hệ thống thí nghiệm ............................................................................................................ 73
4.3.2. Thiết bị đo, kiểm tra ............................................................................................................ 73
4.4. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới sự xâm nhập của nguyên tố Vônphram
vào bề mặt SKD61 ............................................................................................................................. 74
4.4.1. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới sự
xâm nhập của nguyên tố Vônphram vào bề mặt SKD61 ............................................................ 78
4.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng tia ửa điện Ip và nồng độ bột tới sự
xâm nhập của nguyên tố Vônphram vào bề mặt SKD61 ............................................................ 82
4.4.3. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới hàm ƣợng Vônphram xâm nhập
vào bề mặt ...................................................................................................................................... 85
4.5. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt SKD61 ........ 89
4.5.1. Ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt
SKD61 ............................................................................................................................................ 92
nguon tai.lieu . vn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LÊ VĂN TẠO
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61
CHƯA TÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP XUNG TIA LỬA ĐIỆN TRONG
MÔI TRƯỜNG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CÓ CHỨA BỘT CACBÍT
VÔNPHRAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Hà Nội – 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LÊ VĂN TẠO
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61
CHƯA TÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP XUNG TIA LỬA ĐIỆN TRONG
MÔI TRƯỜNG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CÓ CHỨA BỘT CACBÍT
VÔNPHRAM
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số:
62520103
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS TRẦN XUÂN THÁI
2. PGS. TS NGUYỄN THỊ HỒNG MINH
Hà Nội - 2017
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .....................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ................................................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC BẢNG.....................................................................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ………………………………………………... . ……...ix
PHẦN MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................................... 1
2. Mục đích, đối tƣợng, phạm vi, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ......................................... 3
a. Mục đích của đề tài ...................................................................................................................... 3
b. Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................................................. 4
c. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................................................... 4
d. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................................... 5
e. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................................. 5
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................................................ 6
a. Ý nghĩa khoa học ......................................................................................................................... 6
b. Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................................................... 6
4. Các đóng góp mới của luận án ........................................................................................................ 7
5. Nội dung của luận án ....................................................................................................................... 7
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PH P GIA C NG TIA ỬA ĐIỆN ............................. 9
1.1. Lịch sử hình thành, sự phát triển của phƣơng pháp gia c ng tia ửa điện ................................. 9
1.1.1. Lịch sử hình thành ................................................................................................................. 9
1.1.2. Sự phát triển của phƣơng pháp gia c ng tia ửa điện ........................................................ 10
1.1.2.1. Xung định hình (Die Sinking EDM hay Ram-EDM) ................................. 10
1.1.2.2. Cắt dây bằng tia ửa điện (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM) ..................... 11
1.1.2.3. Gia c ng EDM rung điện cực với tần số siêu âm (Ultrasonic vibration) .. 12
1.1.2.4. Xung khô (Dry EDM)................................................................................. 12
1.2. Phƣơng pháp gia c ng tia ửa điện có trộn bột (PMEDM- Powder Mixed Electrical
Discharge Machining) ........................................................................................................................ 13
1.2.1. Nguyên lý, trang thiết bị phƣơng pháp PMEDM .............................................................. 13
1.2.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu phƣơng pháp EDM và PMEDM................................... 14
1.2.2.1. Khả năng bóc tách vật iệu (MRR) và độ mòn điện cực (TWR) của phƣơng
pháp PMEDM .......................................................................................................... 15
1.2.2.2. Khả năng cải thiện chất ƣợng bề mặt chi tiết của phƣơng pháp PMEDM 17
Kết luận chƣơng 1: ............................................................................................................................. 23
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN VÀ GIA CÔNG TIA LỬA
ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT ........................................................................................................................... 24
2.1. Cơ sở lý thuyết gia công tia lửa điện ......................................................................................... 24
2.1.1. Bản chất vật lý của quá trình phóng tia lửa điện ............................................................... 24
2.1.2. Cơ chế tách vật liệu ............................................................................................................. 28
2.1.3. Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện ........................................................................ 30
2.1.4. ƣợng hớt vật liệu ............................................................................................................... 31
2.1.5. Chất lƣợng bề mặt sau gia công ......................................................................................... 32
2.1.6. Sự mòn điện cực .................................................................................................................. 34
2.1.7. Chất điện môi ...................................................................................................................... 35
2.1.7.1. Nhiệm vụ cơ bản của chất điện m i ........................................................... 35
2.1.7.2. Các oại chất điện m i ................................................................................ 36
2.2. Cơ sở lý thuyết gia công tia lửa điện có trộn bột ...................................................................... 36
2.2.1. Vai trò của hạt bột trong quá trình phóng tia lửa điện ...................................................... 36
2.2.2. Sự cách điện của dung dịch điện môi ................................................................................. 38
2.2.3. Độ lớn khe hở phóng điện................................................................................................... 39
2.2.4. Độ rộng của kênh plasma................................................................................................... 39
2.2.5. Số ƣợng tia lửa điện ........................................................................................................... 40
2.2.6. Cơ sở lý thuyết sự xâm nhập của bột trộn trong dung môi vào bề mặt chi tiết trong quá
trình PMEDM ................................................................................................................................ 41
2.2.6.1. Khuếch tán .................................................................................................. 41
2.2.6.2. Sự iên kết của các phản ứng hóa học và sự hấp phụ bay hơi của quá trình
vật
........................................................................................................................ 44
2.2.6.3. ám dính cơ học ......................................................................................... 44
Kết luận chƣơng 2: ............................................................................................................................. 44
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NỒNG
ĐỘ BỘT CACBÍT VÔNPHRAM TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI TỚI ĐỘ NHÁM BỀ MẶT. 46
3.1. Mục đích ...................................................................................................................................... 46
3.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 46
3.3. Điều kiện thực nghiệm khảo sát ................................................................................................. 47
3.3.1. Hệ thống thí nghiệm ............................................................................................................ 47
3.3.2. Thiết bị đo, kiểm tra ............................................................................................................ 52
3.4. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt Ra .................................. 54
3.4.1. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới độ
nhám bề mặt ................................................................................................................................... 57
3.4.1.1. So sánh độ nhám bề mặt giữa phƣơng pháp PMEDM và EDM................ 60
3.4.1.2. Nghiên cứu thực nghiệm tại các chế độ có độ nhám bề mặt thay đổi nhiều
nhất .......................................................................................................................... 61
3.4.1.3. Nghiên cứu thực nghiệm tại các chế độ có độ nhám bề mặt thay đổi ít nhất
................................................................................................................................. 62
3.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng điện Ip và nồng độ bột tới độ nhám
bề mặt ............................................................................................................................................. 62
3.5. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt Ra ............................. 65
Kết luận chƣơng 3: ............................................................................................................................. 69
CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NỒNG
ĐỘ BỘT CACBÍT VÔNPHRAM TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI TỚI SỰ XÂM NHẬP CỦA
V NPHRAM VÀ ĐỘ CỨNG TẾ VI BỀ MẶT CHI TIẾT ................................................................ 71
4.1. Mục đích ...................................................................................................................................... 71
4.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 71
4.3. Điều kiện thực nghiệm khảo sát ................................................................................................. 72
4.3.1. Hệ thống thí nghiệm ............................................................................................................ 73
4.3.2. Thiết bị đo, kiểm tra ............................................................................................................ 73
4.4. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới sự xâm nhập của nguyên tố Vônphram
vào bề mặt SKD61 ............................................................................................................................. 74
4.4.1. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới sự
xâm nhập của nguyên tố Vônphram vào bề mặt SKD61 ............................................................ 78
4.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng tia ửa điện Ip và nồng độ bột tới sự
xâm nhập của nguyên tố Vônphram vào bề mặt SKD61 ............................................................ 82
4.4.3. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới hàm ƣợng Vônphram xâm nhập
vào bề mặt ...................................................................................................................................... 85
4.5. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt SKD61 ........ 89
4.5.1. Ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt
SKD61 ............................................................................................................................................ 92